ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ
ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ
Κυριακή 14 Ιούλη 2002
Σελ. /24
ΕΝΘΕΤΗ ΕΚΔΟΣΗ: "7 ΜΕΡΕΣ ΜΑΖΙ"
ΓΥΡΟΣΚΟΠΙΑ
Μηχανισμοί κατεύθυνσης και σταθεροποίησης

Τα γυροσκόπια είναι οι σιωπηλοί «εγκέφαλοι» που κρατούν τα αεροπλάνα στον αέρα, τους δορυφόρους στην τροχιά τους και τα πλοία στην πορεία τους. Τα πρώτα πρακτικά γυροσκόπια εφευρέθηκαν το 1910 από τον Ε. Σπέρι, η εταιρία του οποίου κατασκεύασε και τους πρώτους σταθεροποιητές αεροπλάνων. Από τότε και μέχρι σήμερα γύρω στις 400 πατέντες για γυροσκόπια έχουν μετατραπεί σε συστήματα αυτόματης πλοήγησης και οδήγησης για πολιτικά και στρατιωτικά αεροσκάφη, πυραύλους, βόμβες, δορυφόρους και διαστημόπλοια. Σήμερα τα γυροσκόπια οδηγούν ρομπότ, αντιολισθητικά συστήματα αυτοκινήτων, το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χαμπλ, το Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, διαστημικά οχήματα που κινούνται στην επιφάνεια του Αρη, ακόμα και τα συστήματα αυτοπροώθησης των αστροναυτών όταν κάνουν περίπατο στο Διάστημα.

Τα γυροσκόπια λειτουργούν με βάση δύο αρχές. Σύμφωνα με την αρχή της διατήρησης της στροφορμής, μια περιστρεφόμενη μάζα διατηρεί σταθερή την κατεύθυνση του άξονα περιστροφής. Ενα περιστρεφόμενο γυροσκόπιο κάνει ένα δορυφόρο να είναι σταθερός και πάντοτε στραμμένος προς τη Γη. Μια περιστρεφόμενη μάζα επίσης αντιστέκεται στις δυνάμεις που προσπαθούν να αλλάξουν την κατεύθυνση του άξονα περιστροφής. Στα μέσα του περασμένου αιώνα, τεράστια γυροσκόπια, που ζύγιζαν τόνους, βιδώνονταν στην άτρακτο των πλοίων και περιστρέφονταν από κινητήρες ώστε να «πιέζουν αντίθετα» όταν τα κύματα έτειναν να ανατρέψουν τα σκάφη.

Σύμφωνα με την αρχή της μετάπτωσης, ένα περιστρεφόμενο γυροσκόπιο με ελευθερία μετακίνησης κινείται κάθετα ως προς τις εξωτερικές δυνάμεις που του ασκούνται. Μια παιδική σβούρα δεν ανατρέπεται όταν τη σπρώξουμε ελαφρά, αλλά μετακινείται στο πλάι. Ενα γυροσκόπιο σε αεροπλάνο που πετάει παράλληλα με το έδαφος θα παρουσιάσει μετάπτωση όταν τα φτερά αρχίσουν να παίρνουν κλίση. Ανιχνεύοντάς την τα όργανα δείχνουν στον πιλότο τη γωνία που έχουν τα φτερά ως προς τον ορίζοντα, στοιχείο καθοριστικής σημασίας ιδίως όταν η πτήση γίνεται «στα τυφλά». Ενα δεύτερο γυροσκόπιο μπορεί να δείξει την κλίση της ατράκτου του αεροπλάνου προς τα μπρος ή προς τα πίσω. Συνδεδεμένα με επιταχυνσιόμετρα τα γυροσκόπια μπορούν να πετάξουν σταθερά το αεροπλάνο, λειτουργία γνωστή ως «αυτόματος πιλότος».

Ολο και λιγότερα γυροσκόπια είναι μηχανικά όσο περνάει ο καιρός. Στη δεκαετία του 1980, τα γυροσκόπια δαχτυλιδιού λέιζερ και τα γυροσκόπια με οπτικές ίνες αποδείχτηκαν πιο ακριβή και ταυτόχρονα πιο μικρά και ελαφριά. Η τιμή τους είναι γύρω στα 4.000 $. Ορισμένες εταιρίες κατασκευάζουν μικροσκοπικά γυροσκόπια πάνω σε φύλλα πυριτίου, που αν και λιγότερο ακριβή μπορούν να παραχθούν μαζικά, όπως τα ολοκληρωμένα κυκλώματα και στοιχίζουν μόλις 20 $, επιτρέποντας τη χρήση τους ακόμα και σε μεσαίας ή χαμηλής αξίας αυτοκίνητα.


Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»


ΜΙΚΡΟΓΥΡΟΣΚΟΠΙΟ

Σε ένα μικρομηχανικό δακτυλιοειδές γυροσκόπιο ταλάντωσης ένα δαχτυλίδι αιωρείται στηριζόμενο από ελατήρια μορφής καμπύλου ελάσματος που είναι στερεωμένα σε ένα κεντρικό σταθερό σημείο. Ηλεκτρόδια οδήγησης εφαρμόζουν ηλεκτροστατική δύναμη στο δαχτυλίδι, που σε συνδυασμό με τα ελατήρια έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη μιας στάσιμης ταλάντωσης του δαχτυλιδιού, η οποία παρακολουθείται από ειδικά ηλεκτρόδια ανίχνευσης. Αν το δαχτυλίδι περιστραφεί γύρω από τον άξονά του από μια εξωτερική δύναμη, η ταλάντωση παραμορφώνεται δείχνοντας την κατεύθυνση της περιστροφής. Το πλάτος της παραμόρφωσης δείχνει την επιτάχυνση περιστροφής.

ΓΥΡΟΣΚΟΠΙΟ ΔΑΧΤΥΛΙΔΙΟΥ ΛΕΪΖΕΡ

Δύο άνοδοι και μια κάθοδος σε ένα γυροσκόπιο δαχτυλιδιού λέιζερ διεγείρουν ένα αέριο στέλνοντας δύο ακτίνες φωτός της ίδιας συχνότητας προς δύο κατευθύνσεις. Αν το δαχτυλίδι περιστραφεί από κάποια εξωτερική δύναμη, οι συχνότητες του φωτός των δύο ακτίνων θα διαφοροποιηθούν λίγο, αρκετά όμως ώστε ο ανιχνευτής να μπορέσει να υπολογίσει τη διαφορά τους και κατ' επέκταση την επιτάχυνση περιστροφής. Επίσης, η αλλαγή στους κροσσούς συμβολής μέσα στον ανιχνευτή δείχνει την κατεύθυνση της περιστροφής. Για να αποφευχθεί το «κλείδωμα» σε μια συχνότητα - φυσική τάση των συσκευών αυτού του είδους - ένας κινητήρας αναταράσσει τη μονάδα διαρκώς ώστε να προκαλεί μια μικρή συνεχή διαφορά φάσης.

ΔΥΝΑΜΙΚΑ ΡΥΘΜΙΖΟΜΕΝΟ ΓΥΡΟΣΚΟΠΙΟ

Στο δυναμικά ρυθμιζόμενο γυροσκόπιο ένας κινητήρας διατηρεί σε διαρκή σταθερή περιστροφή ένα ρότορα που στηρίζεται σε ρουλεμάν. Αν το γυροσκόπιο περιστραφεί από μια εξωτερική δύναμη, ο ρότορας θα αρχίσει να παρουσιάζει μετάπτωση, προκαλώντας αλλαγές του μαγνητικού πεδίου σε μια γεννήτρια σήματος, που δείχνουν την κατεύθυνση και την επιτάχυνση της κίνησης. Η γεννήτρια κάνει επίσης τους μαγνήτες ροπής στρέψης να αντισταθμίσουν την κίνηση του ρότορα ώστε αυτός να μη συγκρουστεί με το περίβλημά του.



Ο καθημερινός ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ 1 ευρώ